KR101221348B1 - 다중 게이트 장치들을 가진 신호 컨버터들 - Google Patents

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Abstract

다수의 디지털 출력 신호들을 제공하는 다수의 다중 독립 게이트 전계 효과 트랜지스터들(MIGGET)(14, 16, 18, 20)을 포함하는 아날로그 대 디지털 컨버터(10)가 제공된다. 다수의 MIGFET들(14, 16, 18, 20)의 각각의 MIGFET(14)는 아날로그 신호를 수신하기 위한 제 1 게이트(60), 바이어스되기 위한 제 2 게이트(62), 및 다수의 디지털 출력 신호들 중으로부터 하나의 디지털 출력 신호를 제공하기 위한 전류 전극을 가질 수 있다. 다수의 MIGFET들의 각각의 MIGFET는 본체 폭, 다수의 MIGFET들 중에서 고유한 문턱 전압을 발생시키기 위하여 다수의 MIGFET들 중에서 고유한 채널폭의 결합을 가질 수 있다. 다수의 MIGFET들을 포함하는 디지털 대 아날로그 컨버터가 또한 제공된다.
다중 독립 게이트 전계 효과 트랜지스터, 디지털 출력 신호, 바이어스 회로, 아날로그 대 디지털 컨버터, 합산 노드

Description

다중 게이트 장치들을 가진 신호 컨버터들{SIGNAL CONVERTERS WITH MULTIPLE GATE DEVICES}
본 발명은 일반적으로 신호 컨버터들, 특히 다중 게이트 장치들을 가진 신호 컨버터들에 관한 것이다.
종래, 아날로그 대 디지털 컨버터들(ADC) 및 디지털 대 아날로그 컨버터들(DAC)과 같은 신호 컨버터들은 아날로그 신호를 디지털 신호를 변환하고 그 반대로 변환하기 위하여 레지스터 뱅크(resistor banks)들 및 비교기들(comparators)을 사용하였다. 상기 신호 컨버터들에 레지스터 뱅크들 및 비교기들의 사용은 몇몇 문제점들을 나타낸다. 예를 들어, 처리 변화들 또는 열적 효과들은 부정확한 전압 분할을 제공하는 레지스터 뱅크들에서 발생할 수 있다. 이것은 집적 회로에서 고 정밀 레지스터들을 제조하기 어렵기 때문이다. 따라서, 신호 컨버터들에 종래 레지스터 뱅크들의 사용은 신호 변환시 에러들을 유발할 수 있다.
게다가, 비교기들의 사용은 신호 컨버터 회로들의 실행 복잡성을 상승시킨다. 특히, 각각의 비교기는 대략 15 개의 트랜지스터들을 사용하여 실행될 수 있다. ADC와 같은 통상 32 레벨 신호 컨버터는 대략 480 트랜지스터들을 필요로 할 수 있다. 따라서, 신호 변환 동안 보다 낮은 에러들을 발생시키고 덜 복잡한 신호 컨버터들이 필요하다.
본 발명은 예시적으로 도시되고 첨부 도면들로 제한되지 않고, 유사한 참조 부호들은 유사한 소자들을 가리킨다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 게이트 장치들을 가진 예시적인 아날로그 대 디지털 컨버터를 도시하는 도면.
도 2는 도 1의 예시적인 아날로그 대 디지털 컨버터의 일부로서 사용될 수 있는 예시적인 다중 게이트 장치의 부분 평면도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 게이트 장치의 문턱 전압 및 상기 게이트 장치의 채널 길이 사이의 예시적인 관계를 도시하는 그래프를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 게이트 장치의 문턱 전압 및 상기 게이트 장치의 본체 폭 사이의 예시적인 관계를 도시하는 그래프를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 게이트 장치들을 가진 예시적인 디지털 대 아날로그 컨버터를 도시하는 도면.
당업자는 도면들의 소자들이 간략화 및 명확화를 위하여 도시되고 필수적으로 비례적으로 도시되지 않은 것을 인식할 것이다. 예를 들어, 도면들에서 몇몇 소자들의 크기들은 본 발명의 실시예들의 이해를 개선하기 위하여 다른 소자들에 비해 과장될 수 있다.
아날로그 대 디지털 또는 디지털 대 아날로그 같은 신호 컨버터는 변환을 제공하기 위하여 다른 문턱 전압들을 가진 다중 독립 게이트 FET들(MIGFET)을 사용할 수 있다. MIGFET들은 요구된 다수의 다른 변환들을 제공하기 위하여 바람직하게 본체 폭 및 채널 길이에 기초하여 다른 문턱 전압들을 가질 수 있다. 이것은 본체 폭 변화와 함께 문턱 전압이 비교적 선형으로 변화하는 장점을 가진다. 따라서 많은 다른 문턱 전압들은 대응하는 양만큼 본체 폭을 변경함으로써 이용할 수 있다. 이것은 유사하게 MIGFET들에 대한 채널 길이 변경에 대해서도 사실이다. 본체 폭 및 채널 길이의 조합은 다수의 다른 문턱 전압을 형성할 수 있다. 문턱 전압은 MIGFET들의 제 2 독립 게이트로 또한 조절할 수 있다. 이것은 독립적으로 결정된 기준 전압과 관련하여 조정될 문턱 전압들에 대한 오프셋을 확립하는데 유용할 수 있다.
일 양태에서, 다수의 디지털 출력 신호들을 제공하는 다수의 다중 독립 게이트 전계 효과 트랜지스터들(multiple independent gate field effect transistors; MIGFET)을 포함하는 아날로그 대 디지털 컨버터가 제공된다. 다수의 MIGFET들의 각각의 MIGFET는 아날로그 신호를 수신하기 위한 제 1 게이트, 바이어스를 위한 제 2 게이트, 및 다수의 디지털 출력 신호들 중에서 하나의 디지털 출력 신호를 제공하기 위한 전류 전극을 가질 수 있다. 다수의 MIGFET들의 각각의 MIGFET는 다수의 MIGFET들 중에 고유한 문턱 전압을 발생시키기 위하여 다수의 MIGFET들 중 고유한 본체 폭 및 채널 길이의 조합을 가질 수 있다. 각각의 MIGFET는 접지 단자에 결합 된 제 2 전류 전극을 가질 수 있다.
다른 양태에서, 다수의 디지털 출력 신호들을 제공하는 다수의 FET들을 포함하는 아날로그 대 디지털 컨버터가 제공된다. 다수의 FET들의 각각의 FET는 아날로그 신호를 수신하기 위한 제 1 게이트 및 다수의 디지털 출력 신호들 중 하나의 디지털 출력 신호를 제공하기 위한 전류 전극을 가질 수 있다. 다수의 FET들의 각각의 FET는 다수의 FET들 중에서 고유한 문턱 전압을 가질 수 있다.
또 다른 양태에서, 합산 노드에서 아날로그 신호를 제공하는 다수의 FET들을 포함하는 디지털 대 아날로그 컨버터가 제공된다. 다수의 FET들의 각각의 FET는 다수의 디지털 신호들 중에서 다른 디지털 신호를 수신하기 위한 제 1 게이트, 및 합산 노드에 결합된 전류 전극을 가질 수 있다. 다수의 FET들의 각각의 FET는 다수의 FET들 중에서 고유한 문턱 전압을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 게이트 장치들을 가진 예시적인 아날로그 대 디지털 컨버터(10)이다. 아날로그 대 디지털 컨버터(ADC)(10)는 예를 들어 다중 게이트 장치들(14, 16, 18, 20)을 사용하여 실행될 수 있다. ADC(10)는 아날로그 신호(12)를 수신할 수 있고, 그 다음 샘플 및 홀드 회로(hold circuit; 13)를 사용하여 샘플링될 수 있다. 샘플링된 아날로그 신호는 다수의 게이트 장치들(14, 16, 18, 20)의 각각의 제 1 게이트에 공급될 수 있다. N 채널 실행을 위하여, 다중 게이트 장치들(14, 16, 18, 20) 각각의 전류 전극, 드레인 단자는 각각의 로드 소자들(load elements; 22, 24, 26, 28)을 통하여 전압 소스(Vdd)(30)에 접속될 수 있다. N 채널 실행을 위하여, 다중 게이트 장치들(14, 16, 18, 20)의 각각의 제 2 전류 전극, 소스 단자는 접지될 수 있다. 선택적으로, P 채널 실행에서, 다중 게이트 장치들(14, 16, 18, 20) 각각의 소스 단자는 Vdd에 접속될 수 있다. 다중 게이트 장치들(14, 16, 18, 20) 각각의 제 2 게이트는 프로그램가능 바이어스 회로(programmable bias circuit; 32)에 접속될 수 있다. 프로그램가능 바이어스 회로(32)는 선택 가능한 바이어스 전압(bias voltages) 또는 선택 가능한 바이어스 전압들의 세트를 다중 게이트 장치들(14, 16, 18, 20)에 제공할 수 있다. 따라서, 각각의 다중 게이트 장치는 제 2 게이트에 인가된 동일하거나 다른 바이어스 전압을 가질 수 있다. 각각의 다중 게이트 장치는 출력들(V0(36), V1(38), V2(40)... 및 Vn(42))과 결합하여 아날로그 입력 값에 대응하는 디지털 값을 나타낼 수 있는 출력을 제공할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 만약 도 1에서 16 개의 다중 게이트 장치들이 사용되면, 출력은 특정하게 샘플링된 아날로그 값에 대응하는 16 디지털 신호들일 수 있다.
디지털 신호들은 아날로그 입력 값에 관련하여 선형일 필요가 없다. 예를 들면, 디지털 신호들은 로그 함수, 비선형 함수, 또는 아날로그 입력 값의 임의의 다른 사용자 정의 함수일 수 있다. 비록 도 1에 도시되지 않았지만, 16 디지털 신호들은 또한 특정하게 샘플링된 아날로그 신호 값에 대응하는 디지털 워드(digital word)를 생성하기 위하여 처리될 수 있다. 필요한 양자화 값의 입도(granularity)에 따라, 임의의 적당한 수의 다중 게이트 장치들이 사용될 수 있다. 동작시, 샘 플링된 아날로그 신호는 다중 게이트 장치들(14, 16, 18, 20) 각각을 바이어스하기 위하여 사용된다.
다중 게이트 장치들(14, 16, 18, 20)은 다중 독립 게이트 전계 효과 트랜지스터(MIGFET), FinFET, 또는 임의의 다른 적당한 다중 게이트 트랜지스터를 사용하여 실행될 수 있다. 로드 소자들(22, 24, 26, 28)은 레지스터, MIGFET, FinFET, 또는 임의의 다른 적당한 트랜지스터를 사용하여 실행될 수 있다. 이들 트랜지스터들 각각은 N 채널 또는 P 채널일 수 있다. 게다가, 이들 트랜지스터들 각각은 평면형이거나 비평면형일 수 있다. 게다가, 로드 소자들에 해당하는 트랜지스터들은 튜닝 가능한 임피던스(tunable impedances)를 가질 수 있다.
이들 다중 게이트 장치들의 문턱 전압은 샘플링된 아날로그 신호의 특정 값이 인가될 때 이들 중 하나가 턴 온될 것을 결정한다. 일반적으로, 특정 다중 게이트 장치가 턴 온될 때, 출력 전류는 특정 다중 게이트 장치에 대해 증가한다. 이것은 증가된 출력 전류가 로드 소자(22, 예를 들면)를 통하여 흐르기 때문에, 다중 게이트 장치에 대응하는 제 1 전압 출력 값을 발생시킨다. 대조하여, 특정 다중 게이트 장치가 턴 오프될 때, 출력 전류는 특정 다중 게이트 장치를 위하여 실질적으로 감소한다. 이것은 감소된 출력 전류가 로드 소자(22, 예를 들어)를 통하여 흐르기 때문에 다중 게이트 장치에 대응하는 제 2 전압 출력 값을 발생시킨다. 특정 다중 게이트 장치는 입력 샘플링 아날로그 신호 값이 특정 다중 게이트 장치의 문턱 전압을 초과할 때 턴 온될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이들 다중 게이트 장치들(14, 16, 18, 20)의 각각은 다른 문턱 전압을 가질 수 있다. 이들 다중 게이트 장치들 각각의 문턱 전압은 여러가지 중에서 채널 길이, 본체 폭, 및 다중 게이트 장치의 제 2 게이트의 게이트 바이어스에 따를 수 있다. 비록 도 1이 두 개의 게이트들을 가지는 것으로 다중 게이트 장치들(14, 16, 18, 20)을 도시하지만, 부가적인 게이트들을 가질 수 있다.
도 2는 도 1의 예시적인 아날로그 대 디지털 컨버터의 일부로서 사용될 수 있는 예시적인 다중 게이트 장치(14)의 부분 상면도이다. 다중 게이트 장치(14)는 소스(50), 드레인(52), 및 채널(54)을 포함할 수 있다. 부가적으로, 다중 게이트 장치(14)는 두 개의 게이트들, 게이트(G1)(60) 및 게이트(G2)(62)을 포함할 수 있다. 적당한 반도체 처리 및 설계 기술들을 사용함으로써, 본체 폭(BW)(56) 및 채널 길이(LG)(58)는 다수의 게이트 장치들(14, 16, 18, 20) 각각에 대해 변경될 수 있다. 본체 폭 및 채널 길이는 각각 액티브 영역 및 게이트 영역의 배치 동안 정의될 수 있다. 본체 폭 및 채널 길이의 다양한 조합들은 특정 다중 게이트 장치에 대해 다른 전압 문턱치들을 유발할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 게이트 장치의 문턱 전압 및 채널 길이 사이의 예시적인 관계를 도시하는 그래프이다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 문턱 전압(Vt)(70)은 채널 길이(LG)(72)가 변경될 때 변화할 수 있다. 예시적인 라인들(74, 76, 78)은 다중 게이트 장치의 제 2 게이트(VG2)에 대한 바이어스 전압이 변화될 때(VG21, VG22, VG23)(80), 문턱 전압(Vt)(70) 및 채널 길이(LG)(72) 사이의 관계를 나타낼 수 있다. 따라서, 다중 게이트 장치의 문턱 전 압(Vt)(70)은 채널 길이에 기초하여 가변될 수 있다. 예를 들어, 다중 게이트 장치(14, 예를 들면)의 채널 길이는 30 나노 미터 내지 100 나노 미터 가변될 수 있다. 도 1을 다시 참조하여, 아날로그 대 디지털 컨버터(10)의 일 실시예에서, 다중 게이트 장치(14)는 제 1 본체 폭 및 제 1 채널 길이를 가질 수 있다. 다중 게이트 장치(16)는 제 2 본체 폭 및 제 2 채널 길이를 가질 수 있다. 다중 게이트 장치(18)는 제 3 본체 폭 및 제 3 채널 길이를 가질 수 있다. 다중 게이트 장치(20)는 제 4 본체 폭 및 제 4 채널 길이를 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 게이트 장치의 문턱 전압 및 그의 본체 폭 사이의 예시적인 관계를 도시하는 그래프이다. 예를 들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 문턱 전압(Vt)(70)은 본체 폭(BW)(82)이 변경될 때 변화할 수 있다. 예시적인 라인들(84, 86, 88)은 다중 게이트 장치의 제 2 게이트(VG2)에 대한 바이어스 전압이 가변될 때(VG21, VG22, VG23)(90), 문턱 전압(Vt)(70) 및 본체 폭(BW)(82) 사이의 관계를 나타낸다. 따라서, 다중 게이트 장치의 문턱 전압(Vt)(70)은 본체 폭에 기초하여 가변될 수 있다. 예를 들어, 다중 게이트 장치(14, 예를 들어)의 본체 폭은 10 나노 미터에서 100 나노 미터로 가변될 수 있다. MATLAB과 같은 적당하게 조정될 시뮬레이션 소프트웨어를 사용함으로써, 채널 길이, 본체 폭, 및 바이어스 전압의 다양한 조합들은 다중 게이트 장치들(14, 16, 18, 20)의 각각에 대한 이들 값들의 올바른 조합을 선택하기 위하여 검사될 수 있다. 정말로, 임의의 다른 적당한 도구는 또한 이런 목적에 사용될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 게이트 장치들을 가진 예시적인 디지털 대 아날로그 컨버터이다. 디지털 대 아날로그 컨버터(DAC)(92)는 다중 게이트 장치들(102, 103, 104, 106)을 사용하여 실행될 수 있다. DAC(92)는 디지털 신호들(D0(94), D1(96), D2(98), Dn(100))을 수신할 수 있고 이들 디지털 신호들을 아날로그 전압(V0)(91)로 변환할 수 있다. 수신된 디지털 신호들(D0(94), D1(96), D2(98), Dn(100))의 각각은 각각의 다중 게이트 장치가 도전되게 만들 수 있다. 전극, 예를 들면, 다중 게이트 장치들(102, 103, 104, 106) 각각의 소스는 프로그램가능 바이어스 회로(1)(112)에 결합될 수 있다. 각각의 도전성 다중 게이트 장치는 합산 노드(116)에서 전류를 생성할 수 있고, 그 다음 연산 증폭기(108) 및 피드백 소자(110)를 포함할 수 있는 전압 컨버터에 제 1 전류 입력으로 결합될 수 있다. 정말로, 임의의 적당한 구성요소들은 전압 컨버터에 전류를 실행하기 위하여 사용될 수 있다. 비록 도 5가 두 개의 게이트들을 가진 다중 게이트 장치들(102, 103, 104, 106)을 도시하지만, 부가적인 게이트들을 가질 수 있다. 예를 들어, 다중 게이트 장치들(102, 103, 104, 106)의 각각은 레지스터, 다중 독립 게이트 전계 효과 트랜지스터(MIGFET), FinFET, 또는 임의의 다른 적당한 다중 게이트 트랜지스터를 사용하여 실행될 수 있다. 상기 설명된 바와 같이, 도 2, 도 3 및 도 4를 참조하여, 채널 길이, 본체 폭 , 및 다중 게이트 장치들의 제 2 게이트를 위한 바이어스 전압은 가변될 수 있다.
도 5를 참조하여, 프로그램가능 바이어스 회로(2)(114)는 다중 게이트 장치들 각각의 제 2 게이트에 프로그램가능 바이어스 전압을 제공할 수 있다. 프로그램가능 바이어스 전압은 다중 게이트 장치들 각각에 대해 다르거나 동일할 수 있다. 도 3 및 도 4를 참조하여 상기 추가로 설명된 바와 같이, 특정 다중 게이트 장치에 대한 문턱 전압은 채널 길이, 본체 폭, 및 바이어스 전압에 따라 가변한다. 온-전류는 문턱 전압의 변화에 따라 변화한다. 따라서, 채널 길이, 본체 폭, 및/또는 다중 게이트 장치의 바이어스 전압의 변화는 다중 게이트 장치가 전류 대 전압 컨버터에 공급하는 전류를 변화시킨다. 채널 길이, 본체 폭, 및/또는 다중 게이트 장치들의 바이어스 전압의 적절한 값들을 선택함으로써, 전류 대 전압 컨버터에 공급되는 전류가 설정되어, 특정 디지털 워드를 나타내는 아날로그 전압을 생성한다. MATLAB과 같은 적절하게 조정된 시뮬레이션 소프트웨어를 사용함으로써, 채널 길이, 본체 폭, 및 바이어스 전압의 다양한 결합들은 다중 게이트 장치들(102, 103, 104, 106)의 각각에 대한 이들 값들의 올바른 조합을 선택하기 위하여 검사될 수 있다. 사실, 임의의 다른 적합한 툴이 이러한 목적을 위해 또한 사용될 수 있다. 출력 아날로그 전압은 입력 디지털 신호들에 관련하여 선형적일 필요가 없다. 예를 들어, 출력 아날로그 전압은 로그 함수, 비선형 함수, 또는 입력 디지털 신호들의 임의의 다른 사용자 정의 함수일 수 있다.
이점들, 다른 장점들, 및 문제들에 대한 해결책들은 특정 실시예들과 관련하여 상기되었다. 그러나, 이익들, 장점들, 문제들에 대한 해결책들 및 임의의 이익, 장점, 또는 판단되거나 발생할 해결책들일 수 있는 임의의 다른 소자들은 임의의 또는 모든 청구항들의 중요하거나, 요구되거나, 또는 필수적인 피쳐 또는 소자 로서 해석된다. 여기에 사용된 바와 같이, 용어들 "포함한다", "포함하는" 또는 임의의 다른 변형은 비배타적 포함을 커버하기 위한 것이므로, 소자들의 리스트를 포함하는 처리, 방법, 물품, 또는 장치는 이들 소자만을 포함할 뿐만 아니라 상기 처리, 방법, 물품, 또는 장치에 명확하게 리스트되거나 고유의 다른 소자들을 포함할 수 있다.

Claims (20)

  1. 아날로그 대 디지털 컨버터에 있어서,
    다수의 디지털 출력 신호들을 제공하는 다수의 다중 독립 게이트 FET들(MIGFETs)을 포함하고,
    상기 다수의 MIGFET들의 각각의 MIGFET는 아날로그 신호를 수신하기 위한 제 1 게이트, 바이어스되기 위한 제 2 게이트, 및 상기 다수의 디지털 출력 신호들 중에서 디지털 출력 신호를 제공하기 위한 전류 전극을 가지며,
    상기 다수의 MIGFET들의 각각의 MIGFET는 상기 다수의 MIGFET들 중에서 고유한 문턱 전압을 발생시키기 위하여 상기 다수의 MIGFET들 중에서 고유한 본체 폭(body width) 및 채널 길이의 조합을 가지는, 아날로그 대 디지털 컨버터.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 MIGFET들의 상기 제 2 게이트들 각각에 결합된 바이어스 회로를 더 포함하고,
    상기 바이어스 회로는 상기 다수의 MIGFET들의 상기 MIGFET들 각각의 상기 문턱 전압을 변경하는 바이어스 전압을 제공하는, 아날로그 대 디지털 컨버터.
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  8. 아날로그 대 디지털 컨버터에 있어서,
    다수의 디지털 출력 신호들을 제공하는 다수의 FET들을 포함하고,
    상기 다수의 FET들은 다수의 MIGFET들을 포함하고,
    상기 다수의 FET들의 각각의 FET는 아날로그 신호를 수신하기 위한 제 1 게이트 및 상기 다수의 디지털 출력 신호들의 디지털 출력 신호를 제공하기 위한 전류 전극을 가지며,
    상기 다수의 FET들의 각각의 FET는 상기 다수의 FET들 중에서 고유한 문턱 전압을 가지는, 아날로그 대 디지털 컨버터.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 다수의 MIGFET들은 적어도 4 개의 다른 본체 폭들을 가지며, 상기 다수의 MIGFET들은 적어도 4 개의 다른 채널 길이들을 가지는, 아날로그 대 디지털 컨버터.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    프로그램가능 바이어스 회로를 더 포함하고, 상기 다수의 MIGFET들의 각각의 MIGFET는 상기 다수의 MIGFET들의 MIGFET들 각각의 상기 문턱 전압을 변경하기 위하여 상기 프로그램가능 바이어스 회로에 결합된 제 2 게이트를 가지는, 아날로그 대 디지털 컨버터.
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